（通用版）2020版高考物理二輪復習 專題分層突破練14 力學實驗（含解析）

專題分層突破練14力學實驗1.某校研究性學習小組的同學用如圖甲所示的滴水法測量一小車在斜面上的運動時的加速度。實驗過程如下:在斜面上鋪上白紙,用圖釘釘住;把滴水計時器固定在小車的末端,調(diào)節(jié)滴水計時器的滴水速度,使其每0.2 s滴一滴(以滴水計時器內(nèi)盛滿水為準);在斜面頂端放置一淺盤,把小車放在斜面頂端,把調(diào)好的滴水計時器盛滿水,使水滴能滴入淺盤內(nèi);隨即在撤去淺盤的同時放開小車,于是水滴在白紙上留下標志小車運動規(guī)律的點跡;小車到達斜面底端時立即將小車移開。圖乙為實驗得到的一條紙帶,用刻度尺量出相鄰點之間的距離是:s01=1.40 cm、s12=2.15 cm、s23=2.91 cm、s34=3.65 cm、s45=4.41 cm、s56=5.15 cm,試問:(1)滴水計時器的原理與課本上介紹的原理類似。 (2)由紙帶數(shù)據(jù)計算可得計數(shù)點4所代表時間的瞬時速度v4= m/s,計算小車的加速度a的表達式為,計算結果為 m/s2。(結果均保留兩位有效數(shù)字) 2.如圖所示裝置可以用來“探究加速度與合外力、質(zhì)量的關系”,也可以用來“探究功與速度變化的關系”和“驗證機械能守恒定律”等。(1)某同學用此裝置探究小車在拉力作用下的加速度。用游標卡尺測量遮光條的寬度d,其示數(shù)如圖所示,則d= mm。測出小車靜止時遮光條到光電門的距離為x,光電計時器讀出遮光條通過光電門的時間是t,則小車的加速度是。(用測量的符號表示) (2)該同學繼續(xù)用此裝置做“探究功與速度變化的關系”的實驗,他通過改變小車釋放點到光電門的距離成倍增加進行多次實驗,每次實驗時要求小車都由靜止釋放。如果每次實驗時遮光條通過光電門的時間為t,通過描點作出線性圖象來反映合力做功與t的關系,則下圖中符合實驗事實的是()下列實驗操作中必要的是()A.調(diào)整軌道的傾角,在未掛重物時使小車能在軌道上做勻速直線運動B.必須滿足重物的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量C.必須保證小車由靜止狀態(tài)開始釋放D.保持小車(包括遮光條)和重物的質(zhì)量不變3.(2019河南鄭州一中測試)在利用碰撞做“驗證動量守恒定律”的實驗中,實驗裝置如圖甲所示,圖甲中斜槽PQ與水平槽QR平滑連接,按要求安裝好儀器后開始實驗。先不放被碰小球,使入射小球從斜槽上的A點由靜止?jié)L下,重復實驗若干次;然后把被碰小球靜止放在槽的水平部分的前端邊緣B處(槽口),再使入射小球從斜槽上的A點由靜止?jié)L下,再重復實驗若干次,在白紙上記錄下掛于槽口B的重垂線在記錄紙上的豎直投影點和各次實驗時小球落點的平均位置,從左至右依次為O、M、P、N點,測得兩小球直徑相等,入射小球和被碰小球的質(zhì)量分別為m1、m2,且m1=2m2。則:(1)兩小球的直徑用螺旋測微器測得,測量結果如圖乙,則兩小球的直徑均為 mm。 (2)入射小球每次都應從斜槽上的同一位置無初速度釋放,其目的是。 A.使入射小球每次都能水平飛出槽口B.使入射小球每次都以相同的動量到達槽口C.使入射小球在空中飛行的時間不變D.使入射小球每次都能與被碰小球?qū)π呐鲎?3)若未放被碰小球和放了被碰小球,入射小球的落點分別是P、M。在誤差允許的范圍內(nèi)若測得|ON|=|MP|(填倍數(shù)),則表明碰撞過程中兩小球組成的系統(tǒng)滿足動量守恒定律 4.(2019四川瀘州二診)某同學利用圖示裝置來驗證機械能守恒定律。A、B是質(zhì)量均為m的小物塊,C是質(zhì)量為M的重物,A、B間由輕彈簧相連,A、C間由輕質(zhì)細繩相連。在物塊B下放置一壓力傳感器,重物C下放置一速度傳感器,壓力傳感器與速度傳感器相連。整個實驗中彈簧均處于彈性限度內(nèi),重力加速度大小為g。實驗操作如下:a.開始時,系統(tǒng)在一外力作用下保持靜止,細繩拉直但張力為零?，F(xiàn)釋放C,使其向下運動,當壓力傳感器示數(shù)為零時,速度傳感器測出C的速度為v。b.在實驗中保持A、B質(zhì)量不變,改變C的質(zhì)量M,多次重復步驟a?；卮鹣铝袉栴}:(1)該實驗中,M和m大小關系必滿足Mm(選填“小于”“等于”或“大于”)。 (2)為便于研究速度v與質(zhì)量M的關系,每次測C的速度時,C已下降的高度應(選填“相同”或“不同”)。 (3)根據(jù)所測數(shù)據(jù),為了更直觀地驗證機械能守恒定律,應作出 選填“v2-M”“v2-1M”或“v2- 1M+m”圖線。(4)根據(jù)(3)中的圖線,若圖線在縱軸上的截距為b,則彈簧的勁度系數(shù)為(用題給的已知量表示)。 5.(2018北京卷)用圖甲所示的實驗裝置研究小車速度隨時間變化的規(guī)律。甲主要實驗步驟如下:a.安裝好實驗器材。接通電源后,讓拖著紙帶的小車沿長木板運動,重復幾次。b.選出一條點跡清晰的紙帶,找一個合適的點當作計時起點O(t=0),然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數(shù)點,如圖乙中A、B、C、D、E、F所示。乙c.通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E點時小車的速度,分別記作v1、v2、v3、v4、v5d.以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標系,在坐標紙上描點,如圖丙所示。丙結合上述實驗步驟,請你完成下列任務:(1)在下列儀器和器材中,還需要使用的有和(填選項前的字母)。 A.電壓合適的50 Hz交流電源B.電壓可調(diào)的直流電源C.刻度尺D.秒表E.天平(含砝碼)(2)在圖丙中已標出計數(shù)點A、B、D、E對應的坐標點,請在該圖中標出計數(shù)點C對應的坐標點,并畫出v-t圖象。(3)觀察v-t圖象,可以判斷小車做勻變速直線運動,其依據(jù)是,v-t圖象斜率的物理意義是。 (4)描繪v-t圖象前,還不知道小車是否做勻變速直線運動。用平均速度xt表示各計數(shù)點的瞬時速度,從理論上講,對t的要求是(選填“越小越好”或“與大小無關”);從實驗的角度看,選取的x大小與速度測量的誤差(選填“有關”或“無關”)。 (5)早在16世紀末,伽利略就猜想落體運動的速度應該是均勻變化的。當時只能靠滴水計時,為此他設計了如圖丁所示的“斜面實驗”,反復做了上百次,驗證了他的猜想,請你結合勻變速直線運動的知識,分析說明如何利用伽利略“斜面實驗”檢驗小球的速度是隨時間均勻變化的。丁專題分層突破練14力學實驗1.答案 (1)打點計時器(2)0.20(x56+x45+x34)-(x23+x12+x01)9T20.19解析 (1)滴水計時器的原理與課本上介紹的打點計時器原理類似。(2)計數(shù)點4所代表時間的瞬時速度v4=s34+s45t35=(3.65+4.41)×10-22×0.2m/s=0.2015m/s0.20m/s計算小車的加速度a的表達式為:a=(x56+x45+x34)-(x23+x12+x01)9T2代入數(shù)據(jù)可得:a0.19m/s22.答案 (1)5.50d22xt2(2)DCD解析 (1)游標卡尺的主尺讀數(shù)為5mm,游標讀數(shù)為0.05×10mm=0.50mm,所以最終讀數(shù)d=5mm+0.50mm=5.50mm。由題意可知,該實驗中小車做勻加速直線運動,因此有:v2=2ax,速度為:v=dt,聯(lián)立可得:a=d22xt2。(2)據(jù)題意可知,“探究合力的功與動能改變關系”的實驗,他通過成倍增加位移的方法來進行驗證,所以需要先表示出小車的速度,小車的速度用平均速度代替即:v=dt,根據(jù)動能定理可得:W=12mv2=12md2t2,由此可知W1t2,故選D。由于該實驗是通過成倍增加位移的方法來進行驗證,只要W-1t2的關系即可,所以不需平衡摩擦力、不需要滿足重物的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量,但必須保證每次小車由靜止釋放且保持小車(包括遮光條)和重物的質(zhì)量不變,故AB錯誤,CD正確。3.答案 (1)12.895(2)B(3)2解析 (1)螺旋測微器的主尺部分長度為12.5mm,轉(zhuǎn)動部分讀數(shù)為:39.5×0.01mm,故小球的直徑為:(12.5+0.395)mm=12.895mm;(2)入射小球每次都應從斜槽上的同一位置無初速度釋放,是為了使小球每次都以相同的速度飛出槽口,即為了保證入射小球每次都以相同的動量到達槽口,B正確;(3)設入射小球碰前瞬間的速度為v1,碰后瞬間的速度為v1',碰后瞬間被碰小球的速度為v2',則m1v1=m1v1'+m2v2',由于m1=2m2,則有2(v1-v1')=v2',設平拋時間為t,則OM=v1't,ON=v2't,OP=v1t,所以若系統(tǒng)碰撞的過程中動量守恒,則滿足|ON|=2|MP|。4.答案 (1)大于(2)相同(3)v2-1M+m(4)4mg2b解析 (1)實驗過程中需要測定壓力傳感器示數(shù)為零時,C向下運動的速度v,所以必須滿足M>m。(2)因剛開始時彈簧被壓縮,彈力大小為mg,而壓力傳感器示數(shù)為零時,彈簧被拉伸,彈力大小仍為mg,彈簧的形變量x=mgk+mgk=2mgk,不論C的質(zhì)量如何,測C的速度時,C已下降的高度相同,為2mgk。(3)彈性勢能在始末狀態(tài)相同,為此只需驗證12(m+M)v2=(M-m)gx,化簡得v2=-4mgx·1M+m+2gx,所以應作v2-1M+m圖線。(4)由題意知b=2gx,而mg=kx2,聯(lián)立得k=4mg2b。5.答案 (1)AC(2)圖見解析(3)小車的速度隨時間均勻變化加速度(4)越小越好有關(5)如果小球的初速度為0,其速度vt,那么它通過的位移xt2。因此,只要測量小球通過不同位移所用的時間,就可以檢驗小球的速度是否隨時間均勻變化。解析 (1)打點計時器需要使用交流電源,選A不選B,由于需要測量長度,所以選C,本實驗用打點計時器計時,故不需要秒表,本實驗不需要測量質(zhì)量,故不需要天平。(2)如圖所示(3)v-t圖線是一條傾斜的直線,小車的速度隨時間均勻變化,斜率的物理意義是小車的加速度。(4)用平均速度xt求瞬時速度,t越小越好。(5)如果速度隨時間是均勻變化的,那么位移x將與時間t的二次方成正比,所以只要測出不同時間內(nèi)的位移和時間,看x1t12=x2t22=x3t32=是否成立,如果成立就可以檢驗小球的速度是隨時間均勻變化的。8